中國領(lǐng)先的搜索引擎和AI巨頭百度最近宣布了量子機器學(xué)習(xí)開發(fā)工具包Paddle Quantum。自2018年成立其量子計算研究所以來，這是百度將量子計算與AI結(jié)合采取的一系列步驟中的最新步驟。

“量子計算已成為最活躍的研究領(lǐng)域之一，”百度研究院量子計算研究所所長段潤堯博士說。人們開始非常重視量子計算，并對其潛力深信不疑。特別是，已經(jīng)開發(fā)出各種技術(shù)來構(gòu)建量子計算機所需的所有元素，并且這些技術(shù)正在粘合在一起?！彼a充說。

在加入百度之前，段先生曾是悉尼科技大學(xué)量子軟件和信息中心的教授兼創(chuàng)始主任。他在北京清華大學(xué)獲得了量子計算博士學(xué)位，并獲得了2006年中國計算機聯(lián)邦（CCF）杰出博士學(xué)位論文獎。

最初對AI感興趣，“今天我很早就決定涉足量子計算，這讓我感到非常幸運，” Duan說。他談到了量子計算的三個要素-研究，軟件和硬件-最近取得了重大進展：

新的量子算法和協(xié)議的發(fā)現(xiàn)，從理論上證明了量子計算相對于傳統(tǒng)計算模型的壓倒優(yōu)勢，例如量子機器學(xué)習(xí)和量子仿真中的超高效算法;

基于百度深度學(xué)習(xí)平臺PaddlePaddle的新軟件工具或編程環(huán)境的出現(xiàn)，例如Quantum Paddle;

作為大型量子計算芯片的基本構(gòu)件，一比特和兩比特門的質(zhì)量得到了顯著提高。在由谷歌公布量子霸權(quán)在去年年底，段說，“有顯著加強了我們在建設(shè)大尺寸和完全可編程量子芯片的信心?！?/p>

Duan將量子計算的當前狀態(tài)與合子進行了比較：“它將最終交付，但我們?nèi)晕磳崿F(xiàn)一個邏輯量子位。一旦人們找到了解決這一難題的工程技術(shù)，我認為量子計算將成倍增長。”

那么五年后會是什么樣？Duan說：“由于該領(lǐng)域發(fā)展如此迅速，因此幾乎不可能預(yù)測五年內(nèi)量子計算將是什么樣子?！?“我們可以肯定地說的是，相信量子計算的人的比例將會增加，而量子計算將成為學(xué)生攻讀博士學(xué)位的最佳選擇之一?！?/p>

Duan還預(yù)測說：“物理量子比特的數(shù)量和質(zhì)量都將顯著增加，并且許多特定用途的NISQ（噪聲中級量子）設(shè)備將在某些實際應(yīng)用中可用?！?他還期望AI與量子計算之間有更緊密的互動：“使用深度學(xué)習(xí)和云計算等AI技術(shù)來開發(fā)量子世界將非常實用?！?/p>

Duan指出，量子計算是一個跨學(xué)科領(lǐng)域，起源于量子力學(xué)和計算理論，但并非這兩個領(lǐng)域的簡單融合。這是一個新的研究領(lǐng)域，需要開發(fā)新的技能和全新的方法，并且需要多年的努力來培訓(xùn)研究人員。結(jié)果，“我們面臨的最大挑戰(zhàn)之一是市場人才匱乏，” Duan說?！斑@樣做的原因是，量子力學(xué)和計算理論很少在高中教授，而在許多大學(xué)中是可選的。解決這一問題的一種可能方法是在高中建立一些有關(guān)量子計算的入門課程?！?Duan補充說，讓感興趣的學(xué)生熟悉量子計算的另一種方法是易于使用的量子編程工具包。

段認為，量子計算的廣泛部署還面臨另外兩個挑戰(zhàn)。他觀察到：“似乎量子計算中的大多數(shù)資源都已用于量子硬件。” 量子計算的軟件領(lǐng)域（量子算法，量子AI應(yīng)用程序和量子體系結(jié)構(gòu)）受到的關(guān)注很少。段說：“這根本是不對的?！?“合適的軟件工具可以大大加快量子硬件設(shè)計的速度，我希望看到更多對量子軟件的投資?！?Duan提到的廣泛部署的另一個挑戰(zhàn)是，在我們看到商業(yè)上可行的量子計算機之前，需要解決許多困難的工程和技術(shù)問題。

Duan相信，當實用的，可用于商業(yè)用途的量子計算機問世時，化學(xué)模擬將是它們的第一個關(guān)鍵應(yīng)用。Duan表示：“使用當前的量子設(shè)備，我們可以確定小分子的性質(zhì)，并且非常有希望看到我們已經(jīng)接近中等大小分子的性質(zhì)。在藥物發(fā)現(xiàn)和材料設(shè)計等應(yīng)用中，這樣做的后果將是巨大的?！?/p>

另一個最初的關(guān)鍵應(yīng)用將是機器學(xué)習(xí)，尤其是相對較小的數(shù)據(jù)集。段還認為，成功地將量子計算機用于關(guān)鍵應(yīng)用“將大大提高我們對量子力學(xué)的理解，從某種意義上說可以大大促進物理教育。” 他認為，未來將有一個廣泛的“理解量子力學(xué)的基本原理及其在信息處理中的典型應(yīng)用，就像我們?yōu)榕ｎD力學(xué)和當前信息技術(shù)所取得的成就一樣?！?/p>

鑒于量子計算的潛在影響，“大型企業(yè)不能簡單地等到量子計算機問世”?！盀闀r已晚，因為他們需要開發(fā)自己的專用應(yīng)用程序和軟件界面，而所有這些都需要高技能的［勞動力］。”

段對技術(shù)和業(yè)務(wù)主管的建議是“立即采取行動”。首先，他們需要研究和理解量子計算的基礎(chǔ)知識。然后，他們應(yīng)該探索量子計算對其核心業(yè)務(wù)的潛在影響。最后，他們應(yīng)該投資建立“一個小的量子計算小組，作為其技術(shù)團隊的一部分，專門致力于使企業(yè)具備量子就緒能力。這個小組的關(guān)鍵任務(wù)不是開發(fā)基本的量子技術(shù)，而是與其他知名的領(lǐng)先量子計算公司合作，并通過設(shè)計合適的接口來獲得其量子能力。” Duan說。

根據(jù)百度的網(wǎng)站，“百度這個名字的靈感來自八百多年前中國宋代的詩。百度的字面意思是“數(shù)百次”，代表著對理想的不懈追求?！?從開發(fā)中文搜索引擎到創(chuàng)建全球最大的中文自然語言處理（NLP）數(shù)據(jù)庫，百度一直致力于幫助量子AI開發(fā)人員。